Xác Định công suất Động cơ và phân phối tỉ số truyền

Bảng 1.1 Động cơ và phân phối tỷ số truyềnTỷ số truyền hộp giảm tốc Bộ truyền đai, ?đ Bộ truyền bánh răng cấp nhanh, ??? Bộ truyền bánh răng cấp chậm 1.2 Tính toán công suất, moment, số

o l

1

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN

1.1 Chọn động cơ điện

1.1.1 Xác định công suất động cơ

Hiệu suất chung của hệ thống truyền động:

ηch = ηđ × ηbrn × ηbrt × η4 × ηknTrong đó:

ηđ = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền đai

ηbrn = 0,97 : Hiệu suất bánh răng nghiêng

ηbrt = 0,97 : Hiệu suất bánh răng thẳng

ηol = 0,99 : Hiệu suất ổ lăn

ηkn = 0,98 : Hiệu suất khớp nối

=> ηch = 0,95 × 0,97 × 0,97 × 0,994 × 0,98 = 0,8414Công suất làm việc:

Vì động cơ làm việc với tải trọng thay đổi theo bậc nên ta có:

Ptt

Pct =

c h

Bảng 1.1 Động cơ và phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền hộp giảm tốc

Bộ truyền đai, 𝐮đ

Bộ truyền bánh răng cấp nhanh,

𝐮𝟏𝟐

Bộ truyền bánh răng cấp chậm

1.2 Tính toán công suất, moment, số vòng quay trên các trục.

1.2.1 Tính toán công suất trên các trục

Công suất cần thiết trên trục băng tải: P lv 5,995

1.2.2 Tính toán số vòng quay trên các trục

1.2.3 Tính moment xoắn trên các trục

Moment xoắn trên trục động cơ:

1.3 Bảng tính toán và phân phối tỷ số truyền

2.2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai

2.2.1Chọn tiết diện đai

Chọn loại đai dựa vào công suất và số vòng quay theo đồ thị sau:

Từ đó ta chọn loại đai B với các thông số:

v =60000

π

160.1450

=60000

= 12,147 m/s

2.2.5 Khoảng cách trục a và chiều dài dây đai L

Khoảng cách trục a sơ bộ được cho bởi công thức:

=

2

= 77,5d

=> Khoảng cách trục a thực tế: a = 742,9 mm

2.2.6Kiểm nghiệm lại số vòng chạy i của đai trong 1 giây

L0 = 2240: Chiều dài đai thực nghiệm, mm

L = 2240: Chiều dài thực của đai

=> CL = 1

Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng giữa các dây đai Cz:

Chọn số dây đai sơ bộ: z = 3 (đai) => Cz = 0,95

Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng Cr:

Chế độ làm việc: Tải va đập nhẹ => Cr = 0,7

2.2.9 Số dây đai

Số dây đai được xác định theo công thức:

P

z ≥ [P ]C C C C C C

Trong đó: [𝑃0] =

3,57

0 𝝰 u L z r v

Ta chọn số dây đai: z = 3 (đai) => z ≥ 2,82

2.2.10 Chiều rộng và đường kính các bánh đai

Tra bảng 4.9 ta được:

Các thông số biến dạng

Dạng đaiB

dn1 = d1 + 2b = 160 + 2 4,2 =168,4 mm dn2 = d2 + 2b = 315 + 2

F0

= 207 N3

Lực vòng trên mỗi dây đai: 195,65 N

Hệ số ma sát để không xảy ra hiện tượng trượt trơn:

Ft

1

=2,933

2 621 + 586,98ln

2 621 − 586,98

σ = Fo + Ft + ρvv2 10−6 + 2y0 E

Trong đó:

=> σ

ρv: Khối lượng riêng kg/

m3 E: Mô đun đàn hồi

2.3 Bảng thông số bộ truyền đai

Bảng thông số bộ truyền đai thang, mm

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN TRONG HỘP GIẢM TỐC

3.1 Thông số đầu vào

Thông số đầu vào cho cặp bánh răng cấp nhanh

Thời gian làm việc: LH = 318 5 2 8 = 25440 giờ

Chế độ làm việc: Quay 1 chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ

3.2 Tính toán bộ truyền cấp nhanh

3.2.1 Chọn vật liệu

Do bộ truyền chịu công suất trung bình nên không có yêu cầu gì đặc biệt nên ta chọn vậtliệu Để bộ truyền bánh răng có khả năng chạy mòn tốt thì độ rắn của bánh dẫn H1 và bánh bịdẫn H2 phải theo quan hệ [1]:

H1 ≥ H2 + (10 ÷ 15)HB

Từ đó ta chọn vật liệu theo bảng 6.13 [1]:

Bánh dẫn: Chọn thép C45 được tôi nhiệt luyện đạt độ rắn H1 = 255 HB

Bánh dẫn: Chọn thép C45 được tôi nhiệt luyện đạt độ rắn H2 = 240 HB

1 1

3.2.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Vì chưa có kích thước bộ truyền nên ta có thể tính sơ bộ ứng suất tiếp xúc cho phép theo công thức [2]:

[σH] = σOHlims 0,9 K

Trong đó: σOHlim: Giới hạn mỏi tiếp xúc tương ứng với số chu kỳ cơ sở

sH = 1,1: Hệ số an toàn có giá trị tra theo bảng 6.13 [2]

KHL: Hệ số tuổi thọ

mH NHO

KHL = √

HE

Với: NHO :Số chu kỳ làm việc cơ sở

NHE : Số chu kỳ làm việc tương đương

mH: Bậc của đường cong mỏi có giá trị bằng 6

Số chu kì làm việc tương đương NHE được xác định theo công thức [2]:

Ti

2) niti

T 3 46 Tmax

0,7T 3 24

NHE1 = 60 1 [( )

T

70T

) 25440 70] 721,3

NHE1

= 85,29 107(Chu kỳ) 85,73 107

Vì NHE1 > NHO1, NHE2 > NH02=> KHL = 1

Giới hạn mỏi tiếp xúc của các bánh răng được xác định theo công thức bảng 6.13[1]:

σOHlim = 2HB + 70 Mpa

N

Giới hạn mỏi tiếp xúc bánh răng dẫn:

σOHlim1 = 2 255 + 70 = 580 (Mpa)Giới hạn mỏi tiếp xúc bánh răng bị dẫn:

σOHlim2 = 2 240 + 70 = 550 (Mpa)Ứng suất tiếp xúc cho phép cho từng bánh răng:

Vì chưa có kích thước bộ truyền nên ta có thể chọn sơ bộ [1]:

[σF] =

σOFlim

K

FC . K FL

sFTrong đó: σOFlim : Giới hạn mỏi uốn tương ứng với số chu kỳ cơ sở NOF

sF = 1,75: Hệ số an toàn trung bình, tra bảng 6.13 [1]

KFC = 1 (Quay 1 chiều): Hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay 2 chiều đến độ bền mỏi

KFL: Hệ số tuổi thọ được xác định theo công thức

mF NFO

KHL = √

FE

Với: NFO :Số chu kỳ làm việc cơ sở

NFE : Số chu kỳ làm việc tương đương

N

mF: Bậc của đường cong mỏi có giá trị bằng 6 (Mài lượn chân răng)

Số chu kì làm việc tương đương NHE được xác định theo công thức [2]:

) 25440 70] 721,3

NFE1

= 76,79 107(Chu kỳ) 76,79 107

Do số chu kỳ làm việc tương đương đều lớn hơn số chu kỳ làm việc cơ sở nên ta có:

NFO = NFE => KFL = 1Giới hạn mỏi uốn trên mỗi bánh răng theo 6.13[1]:

σOFlim = 1,8HB (Mpa)Giới hạn mỏi uốn trên bánh răng dẫn:

σOFlim1 = 1,8HB = 1,8 255 = 459 (Mpa)Giới hạn mỏi uốn trên bánh răng bị dẫn:

σOFlim2 = 1,8HB = 1,8 240 = 432 (Mpa)Ứng suất mỏi cho phép cho từng bánh răng:

0,2 (3,55 + 1)

= 0,4552

d

Ta chọn modun m = 2,5 theo tiêu chuẩn

3.2.5.2 Số răng trên các bánh răng

Đối với hộp giảm tốc cấp nhanh, để tải trọng phân bố đều trên các cặp bánh răng phân đôi người ta thường dùng 2 cặp bánh răng nghiêng có góc nghiêng:

Số răng bánh dẫn

z1:

30° ≥ β ≥ 40°

mz1(u + 1)cos30° ≥

2aw

2aw

≥ cos40°

2awcos30°

m(u + 1) ≥ z1 ≥ cos40° m(u + 1)

cos30°

2,5(3,55 + 1) ≥ z1 ≥ cos40° 2,5(3,55 + 1)

24,36 ≥ z1 ≥ 21,55

u =z1

Chiều rộng vành răng Bánh bị dẫn b2 = aw 𝚿ba

1

√

= 160.0,2 = 32 mmTheo tiêu chuẩn ta chọn: b2 = 35 mm

Dựa theo bảng 6.3 [1] ta chọn được cấp chính xác cho bộ truyền là 9

3.2.8 Giá trị lực tác dụng lên bộ truyền

cos34,88°

2,5 23

1278,82 tan20°

= 567,38 Ncos34,88°

Ứng suất tính toán σH trên vùng ăn khớp theo công thức 5.15 [2]:

Z1 Z2 23 82

KH = KHAKHβKHvKH𝝰 = 1 1,05 1,04 1 = 1,092

Ft1KH(u ± 1)

=> σH =

= 190 2,12 0,76 √

1278,82 1,092

4,5570,09 40 3,55

= 244,59 Mpa

[σH] được xác định theo công thức sau:

[σH] =

σOHlim

K

HL Z R Z V K l xHK

sHTrong đó: KHL = 1

ZR = 0,95

ZV = 0,85v0,1 = 0,85 2,0680,1 = 0,914 Kl = 1

1 0,95 0,914 1 1,02

= 466,98 Mpa1,1

1 0,95 0,914 1 1,015

= 440,66 Mpa1,1

[σH] = √0,5([σ2 ] + [σ2 ]) = √0,5([466,982] + [440,662]) = 443,83 Mpa

σH ≤ [σH] <=> 244,59 ≤ 443,83 (Thỏa điều kiện)

1

3.2.11 Kiểm nghiệm ứng suất uốn

β z1

=> YF1 = 3,47+

13,2 cos3 34,88 °

= 3,8123

Bánh bị dẫn:

YF2 = 3,47

+

13,2 cos3

β z2

=> YF1 = 3,47+

13,2 cos3 34,88°

= 3,5682

Ta tính toán theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn

3.2.11.2 Kiểm tra độ bền uốn

Đối với bánh răng nghiêng thì kiểm nghiệm theo công thức 6.92 [1]:

K

FL RY Y x Y δ K FC

sF

[σF1] = 459 1.1.1,05.1,082.1

= 297,98 Mpa1,75

Vì σF1 ≤ [σF1] nên ứng suất uốn thỏa điều kiệnKết quả thiết kế và kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng cấp nhanh

Lực tác dụng, N

Góc nghiêng răng β, độ 34,88°Đường kính vòng chia, mm

Tính toán kiểm nghiệm

3.3 Tính toán bộ truyền cấp chậm

3.3.1 Chọn vật liệu

Do bộ truyền chịu công suất trung bình, không có yêu cầu gì đặc biệt nên ta chọn vật liệu làm bánh răng có độ rắn bề mặt HB ≤ 350 Đồng thời để bộ truyền bánh răng có khả năng chạy mòn tốt ta chọn độ rắn bánh răng dẫn HB1 lớn hơn bánh bị dẫn HB2 theo công thức

6.32 tài liệu [1]:

H1 ≥ H2 + (10 ÷ 15)HB

Từ đó ta chọn vật liệu theo bảng 6.13 [1]:

Bánh dẫn: Chọn thép C45 được tôi nhiệt luyện đạt độ rắn H1 = 255 HB

Bánh dẫn: Chọn thép C45 được tôi nhiệt luyện đạt độ rắn H2 = 240 HB

3.3.2 Ứng suất cho phép

3.3.2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Vì chưa có kích thước bộ truyền nên ta có thể tính sơ bộ ứng suất tiếp xúc cho phép

1 1

theo công thức [2]:

[σH

] = σOHlims 0,9 K

Trong đó: σOHlim: Giới hạn mỏi tiếp xúc tương ứng với số chu kỳ cơ sở

sH = 1,1: Hệ số an toàn có giá trị tra theo bảng 6.13 [1]

KHL: Hệ số tuổi thọ

mH NHO

KHL = √

HE

Với: NHO :Số chu kỳ làm việc cơ sở

NHE : Số chu kỳ làm việc tương đương

mH: Bậc của đường cong mỏi có giá trị bằng 6

Số chu kì làm việc tương đương NHE được xác định theo công thức [2]:

Ti

2) niti

Tmax

T

3

NHE1 = 60 1 [ ()

T

46.( 70+ 0,7T 3

)T

24 ] 203,18 2544070

NHE1

= 24,03 107(Chu kỳ) 24,03 107

Vì NHE1 > NHO1, NHE2 > NH02=> KHL = 1

Giới hạn mỏi tiếp xúc của các bánh răng được xác định theo công thức bảng 6.13[1]:

σOHlim = 2HB + 70 MpaGiới hạn mỏi tiếp xúc bánh răng dẫn:

σOHlim1 = 2 255 + 70 = 580 (Mpa)Giới hạn mỏi tiếp xúc bánh răng bị dẫn:

N

σOHlim2 = 2 240 + 70 = 550 (Mpa)

Ứng suất tiếp xúc cho phép cho từng bánh răng:

Vì chưa có kích thước bộ truyền nên ta có thể chọn sơ bộ [1]:

[σF] =

σOFlim

K

FC . K FL

sFTrong đó: σOFlim : Giới hạn mỏi uốn tương ứng với số chu kỳ cơ sở NOF

sF = 1,75: Hệ số an toàn trung bình, tra bảng 6.13 [1]

KFC = 1 (Quay 1 chiều): Hệ số xét đến ảnh hưởng khi quay 2 chiều đến độ bền mỏi

KFL: Hệ số tuổi thọ được xác định theo công thức

mF NFO

KHL = √

FE

Với: NFO :Số chu kỳ làm việc cơ sở

NFE : Số chu kỳ làm việc tương đương

mF: Bậc của đường cong mỏi có giá trị bằng 6 (Mài lượn chân răng)

Số chu kì làm việc tương đương NHE được xác định theo công thức [2]:

2

1,63 107(Chu kỳ) 21,63 107

NOF1 = 5 106 (Chukỳ) NOF2 = 5 106(Chu kỳ)

Do số chu kỳ làm việc tương đương đều lớn hơn số chu kỳ làm việc cơ sở nên ta có:

NFO = NFE => KFL = 1Giới hạn mỏi uốn trên mỗi bánh răng theo 6.13[1]:

σOFlim = 1,8HB (Mpa)Giới hạn mỏi uốn trên bánh răng dẫn:

σOFlim1 = 1,8HB = 1,8 255 = 459 (Mpa)Giới hạn mỏi uốn trên bánh răng bị dẫn:

σOFlim2 = 1,8HB = 1,8 240 = 432 (Mpa)Ứng suất mỏi cho phép cho từng bánh răng:

Theo bảng 6.15 tài liệu [1] do bánh răng nằm trong đối xứng qua các ô trục và H1, H2

≤ 350 HB nên 𝚿ba = 0,3 ÷ 0,5 và vì với kết cấu của hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanhthì cấp chậm chịu tải lớn hơn nên ta chọn 𝚿ba = 0,4 theo tiêu chuẩn, khi đó:

0,4 (2,24 + 1)

= 0,6482

Khoảng cách trục aw được xác định theo công thức 6.67 [1]:

3 T1KHβ

aw = 500(u ± 1) √

ba[σH]2u

Vì HB ≤ 350 nên mô đun răng m được xác đinh theo công thức 6.68a [1]:

Ta chọn z1 = 49 răng

Số răng bánh bị dẫn:

z2 = u z1 = 2,24 47 = 109,76Chọn z2 = 111 răng

Tính toán lại tỷ số truyền thực:

z2

u =z1

111

=49

= 2,265

=> ∆u = 2,265 − 2,24

=2,24

Đường kính vòng chia

= 2,5 111 = 277,5 mm

Vận tốc vòng bánh răng:

πd1n1

v1 = 60000

=

π 122,5 203,18

= 1,3 m/s60000

Dựa theo bảng 6.3 [1] ta chọn cấp chính xác cho bộ truyền là 9

3.3.8 Giá trị các lực tác dụng lên bộ truyền

Lực vòng:

Ft1 = Ft2 =Lực lực hướng tâm

2T1

KFv = 1,06

Ứng suất tính toán σH trên vùng ăn khớp theo công thức 5.15 [2]:

Ft1KH(u ± 1)

σH = ZMZHZ𝝴√ d

w1b

w u ≤ [σH]1

Trong đó: ZM = 190 Mpa2 (Vật liệu thép)

4988,03 1,045

3,24122,5 85 2,24

= 301,93 Mpa

[σH] được tính theo bánh bị dẫn vì bánh bị dẫn có độ bền thấp hơn xác định theo công thức sau:

[σH] =

σOHlim

K

HL Z R Z V K l K xH

sHTrong đó: KHL = 1

ZR = 0,95

ZV = 0,85v0,1 = 0,85 1,30,1 =0,87 Kl = 1

1

K = √1,05 − d2 = √1,05 − 277,5 = 1,014

sH = 1,1

σH ≤ [σH] <=> 301,93 ≤ 409,4 (Thỏa điều kiện)

13,2

= 3,7449

Ta tính toán theo bánh bị dẫn có độ bền thấp hơn

3.2.11.2 Kiểm tra độ bền uốn

Đối với bánh răng nghiêng thì kiểm nghiệm theo công thức 6.92 [1]:

YF2 = 3,59

[σF1] =

σOFlim1

K

FL Y R Y x Y δ FCK

sF

[σF1] = 432 1.1.1,05.1,082.1

= 297,98 Mpa1,75

Vì σF1 ≤ [σF1] nên ứng suất uốn thỏa điều kiện

Kết quả tính toán và kiểm nghiệm bộ truyền cấp chậm

Bánh bị dẫn da2 282,5Đường kính vòng đáy

Tính toán kiểm nghiệm

3.4 Kiểm tra điều kiện bôi trơn ngâm dầu

Điều kiện bôi trơn đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp theo Trang 515 [1]:

1.Mức dầu thấp nhất gập (0,75 ÷ 2) chiều cao răng h2 (h2 = 2,25m)của bánh răng 2 (nhưng ít nhất 10 mm)

2.Khoảng cách giữa mức dầu thấp nhất và cao nhất hmax − hmin = 10 … 15mm

3 Mức dầu cao nhất không được ngập quá 1/3 bán kính bánh răng 4 (da4/6)

Từ 3 điều kiện trên thì để đảm bảo điều kiện bôi trơn phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:

1282,53

104,945 … 109,945 ≥ 94,1

= > Hộp giảm tốc thõa mãn điều kiện bôi trơn

3.5 Bảng tổng kết chương

Bộ chuyền cấp nhanh Tính toán thiết kế

Tính toán kiểm nghiệm

Bộ truyền cấp chậm Tính toán thiết kế

Bánh bị dẫn z2 111Lực tác dụng, N

Tính toán kiểm nghiệm